Охлаждающие устройства, используемые в оборотных системах водоснабжения, по способу охлаждения воды в них разделяются на испарительные и поверхностные, в которых охлаждаемая вода не имеет непосредственного контакта с воздухом. Наиболее широко применяют испарительные охладители. По способу подвода воздуха испарительные охладители разделяют на открытые, башенные и вентиляционные. К открытым относятся водохранилища или пруды, брызгальные бассейны, открытые градирни. Тип и размеры охладителя принимают с учетом расчетного расхода воды, режима работы охладителя, расположения охладителя на территории предприятия, характера застройки окружающей территории, влияния уноса ветром капель воды из сооружения на окружающую среду, расчетной температуры охлажденной воды, перепада температур воды в системе и требований технологического процесса к устойчивости охладительного эффекта, химического состава оборотной и добавочной воды.
Водохранилища-охладители применяют при невысоких требованиях к эффекту охлаждения воды, наличии свобод
ных малоценных земель вблизи предприятия, при возможности использования естественных водоемов или водохранилищ. Водохранилища-охладители по назначению, расположению и условиям питания разделяют на четыре основные группы: естественные озера и пруды; регулирующие водохранилища на водотоках, попутно используемые для сезонного или многолетнего регулирования стока; водохранилища, сооружаемые на водотоках без регулирования стока; наливные водохранилища, сооружаемые вне водостока, питаемые из ближайших рек.
Для ориентировочных расчетов можно принимать необходимую для охлаждения воды площадь активной зоны водохранилища 25—40 м2 на 1 м3/ч охлаждаемой циркуляционной воды при температурном перепаде 8°. Глубину водохранилищ-охладителей при летних уровнях воды принимают не менее 3,5 м на 80 % площади зоны циркуляции. Необходимо предусматривать мероприятия по ликвидации мелководий и обеспечению требуемого качества воды. Для уменьшения концентрации солей в воде водохранилищ устраивают донный выпуск для сброса воды из нижних слоев и предусматривают подачу воды из других водотоков.
Брызгальные бассейны применяют при невысоких требованиях к эффекту охлаждения воды, наличии открытой площади для доступа воздуха. Их располагают длинной стороной перпендикулярно направлению господствующих ветров. Обычно предусматривают не менее двух секций бассейна, но для оборотных систем с периодическим режимом работы допускается одна секция.
Брызгальные бассейны представляют собой открытые резервуары, в верхней части которых имеется система сопел, разбрызгивающих подводимую к ним под напором воду, подлежащую охлаждению. Разбрызгивающие устройства могут размещаться над естественным водоемом с креплением его берегов. Применяемые в брызгальных бассейнах сопла можно разделить на два основных вида: центробежные и щелевые. Сопла располагают на высоте 1,2—1,5 м над уровнем воды по одному или пучками по три—пять сопел. Расстояние между отдельными соплами принимают 1,2—4,5 м, а между распределительными линиями 8—12 м. Для уменьшения уноса капель воды ветром крайние сопла устанавливают на расстоянии 7—10 м от края бассейна.
Габариты брызгального бассейна зависят от расхода охлаждаемой воды и плотности орошения, которую в за
висимости от климатических условий принимают равной 6,8—1,3 м3/(ч-м2). Ширину бассейна в осях крайних сопел принимают не более 50 м, глубину воды в бассейне 1,5 м. Бровка бассейна должна возвышаться над уровнем воды не менее чем на 0,3 м. Брызгальные бассейны следует сооружать из бетона или железобетонных плит с устройством гидроизоляционного экрана.
Градирни — применяют в системах оборотного водоснабжения, где необходимо глубокое устойчивое охлаждение воды при высоких удельных гидравлических и тепловых нагрузках. Их подразделяют на открытые, башенные и вентиляторные. Поверхность воды, требуемая для ее охлаждения путем контакта с воздухом, создается в градирнях в результате разбрызгивания воды соплами или с помощью оросительных устройств, которые могут быть капельными, пленочными и комбинированными.
Наиболее высокий эффект охлаждения оборотной воды достигается в градирнях с пленочным оросителем. Если в оборотной воде содержатся жиры, смолы и нефтепродукты, следует применять градирни с капельным оросителем, а при наличии взвешенных веществ, образующих не смываемые водой отложения,— брызгальные градирни.
Ороситель капельного типа выполняют из реек треугольного или прямоугольного сечения, расположенных горизонтальными ярусами. При падении капель с верхних ярусов на нижние образуются факелы мелких брызг, создающие большую поверхность контакта с воздухом. Ороситель пленочного типа монтируют из блоков или щитов, устанавливаемых вертикально или под небольшим углом к вертикали, по поверхности которых стекает вода, образуя пленку толщиной 0,3—0,5 мм. Щиты имеют промежутки между отдельными горизонтально расположенными досками. Применяют и сплошные щиты из пластмасс и асбестоцемента в виде листов толщиной б—8 мм. Охлаждаемая вода распределяется над оросителем градирни по системе напорных полипропиленовых железобетонных лотков, в дне которых имеются отверстия со вставленными в них насадками (соплами). Вода, вытекающая из насадок в виде струй, падает на разбрызгивающие тарелки, образуя фонтаны брызг, орошающие расположенный ниже ороситель. Пластмассовые или фарфоровые насадки и тарелки размещают на расстоянии 1—1,25 м. При установке разбрызгивающих сопел факелами вниз расстояние от сопел до оросителя принимают 0,8—1 м, а при направлении факелов вверх — 0,3—0,5 м. Расположение сопел на трубах распределительной системы должно обеспечивать равномерное распределение воды по площади оросителя.
Для предотвращения уноса из градирни капель воды необходимо в зоне воздухораспределителя размещать ветровые перегородки, а над водораспределительными системами — водоуловительные устройства. Конструкция обшивки каркаса градирни должна исключать подсос наружного воздуха.
Форму градирен в плане принимают: для секционных вентиляторных — квадратную или прямоугольную с соотношением сторон не более 4/3, для односекционных и башенных — круглую, многоугольную или квадратную.
Открытые градирни бывают двух типов: брызгальные и с капельным оросителем. Брызгальные градирни представляют собой брызгальный бассейн, огражденный со всех сторон жалюзийными решетками, которые препятствуют большому выносу брызг за их пределы. Разбрызгивающие сопла располагают на высоте 4—5 м над уровнем воды в резервуаре и направляют вниз. Плотность орошения в таких градирнях 1,5—3 м3/(ч*м2).
Открытые градирни капельного типа оборудуют оросителем из деревянных брусков, заключенных в жалюзийные стенки, которые выполняют из щитов, устанавливаемых под углом 45°. Водораспределительное устройство представляет собой лоток с насадками и разбрызгивающими тарелками или систему труб с соплами. Плотность орошения в таких градирнях 2—4 м3/(ч-м2).
Для создания естественной тяги воздуха за счет разности плотностей наружного и нагретого воздуха внутри градирни над всем оросителем либо над его центральной частью сооружают вытяжные башни. Такие градирни называют башенными. Башни градирен выполняют из железобетона либо в виде стального каркаса с пластмассовой или асбо-шиферной обшивкой. Площадь сечения вытяжных башен составляет не менее 30—45 % площади оросителя. Под оросителями башенных градирен предусматривают водосборный железобетонный резервуар. В отечественной практике широко применяют гиперболические градирни с пленочным оросителем с площадью орошения 1520 м2 и высотой башни 50 м.
Для глубокого охлаждения воды применяют вентиляторные градирни: башенные, оборудованные мощными вентиляторами с использованием естественной тяги воздуха, и секционные. Вентиляторные градирни применяют при необходимости сокращения объемов строительных работ, для маневренного регулирования температуры охлажденной воды, автоматического поддержания заданной температуры охлажденной воды или охлаждаемого продукта. В южных районах допускается использовать поперечноточные вентиляторные градирни. В аридных и полуаридных зонах, а также для предотвращения загрязнения оборотной воды токсичными веществами и защиты окружающей среды от их воздействия рекомендуется применять радиаторные или смешанные градирни. На застроенных территориях вентиляторные градирни следует размещать на покрытиях зданий, устраивая жалюзи на возду-ховходных окнах, площадь которых должна составлять 34—45 % площади градирни в плане.
Вентиляторные градирни принимают секционными с заборами воздуха с двух сторон или односекционными с забором воздуха по всему периметру. Их монтируют из прямоугольных стандартных секций, каждая из которых оборудована отсасывающим вентилятором с лопастями диаметром до 10 м. Вентиляторы отсасывающего типа, которые устанавливают над оросителем, обеспечивают более равномерное распределение воздуха в оросителе и, находясь в зоне теплого воздуха, не замерзают в зимнее время. Нагнетательные вентиляторы устанавливают на входном отверстии градирни у ее основания.
В радиаторных градирнях во входных окнах, расположенных по периметру, размещают радиаторы в виде охлаждающих колонн высотой до 15 м, состоящих из ребристых алюминиевых трубок диаметром 15 мм. Охлаждаемая вода, циркулирующая по трубкам, не имеет непосредственного контакта с воздухом, поэтому не происходит ее потерь на испарение и уноса капель воздушным потоком. Передача теплоты от воды к воздуху происходит через стенки трубок и ребра при относительно низком коэффициенте теплопередачи, поэтому требуется больший расход воздуха. Процесс можно интенсифицировать путем орошения водой наружной поверхности радиаторов.